equipamentos detectores de radiação e sua...
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Equipamentos detectores de
radiação e sua utilização
Alfredo Baptista
Laboratório de Protecção e Segurança Radiológica
Curso de Proteção e Segurança Radiológica em Radiografia Industrial
Campus Tecnológico e Nuclear, 23 de novembro de 2015
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• Para que seja possível detectar a radiação é imprescindível que ocorrauma interação da radiação com o material que constitui o detector.
• Um detector de radiação consiste essencialmente na criação de um sinaleléctrico resultante da interacção da radiação com a matéria, neste casopresente no detector.
DETECÇÃO DE RADIAÇÃO
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MODO DE OPERAÇÃO DE DETECTORES
modo corrente: medida directa do sinal i(t)
Usado principalmente quando se desejadetectar uma taxa média de ocorrência deeventos (ex: Câmara de ionização).
modo de pulso: medida de V(t).
Usado principalmente quando se desejadetectar individualmente cada evento. Cadaevento será um pulso (ex: Geiger-Muller).
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MODO DE OPERAÇÃO DE DETECTORES
Modo pulso versus modo corrente
• O modo pulso é o mais utilizado. Neste modo de operação pretende-se que o detector meça cada tipo de radiação ou partícula que interagecom o detector.
• No modo pulso mede-se a carga total, uma vez que a energiadepositada no detector é directamente proporcional à carga.
• Para taxas de eventos muito elevadas, o modo pulso torna-seimpraticável. Isto porque o tempo entre eventos adjacentes pode setornar curto demais para uma analise adequada. Nestes casos o modocorrente é a alternativa.
• No modo corrente, a medida resulta da taxa média de eventos devidoao grande número de interacções da radiação com o meio sensível nodetector, sendo assim impossível contar pulsos.
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CARACTERISTICAS DOS DETECTORES
Sensibilidade: é a capacidade do detector produzir um sinal usável para umdado tipo de radiação e energia. Nenhum detector pode ser sensível atodos os tipos de radiação e energias. Eles são projectados para sersensíveis a certos tipos de radiação e para um dado intervalo de energia.
A sensibilidade depende de vários factores, tais como:• a secção de choque para reacções de ionização no detector;• da massa do detector;• do ruído intrínseco do detector;• do material que envolve o volume de detecção do detector.
Resposta: a resposta do detector permite informações de tempo, ou seja,informações sobre a diferença de tempo entre dois eventos podem serobtidos com uma boa precisão.
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CARACTERISTICAS DOS DETECTORES
Resolução em energia: capacidade do detector em distinguir dois valoresde energia muito próximos.
A resolução, R, define-se em termosda largura a meia altura do pico deenergia:
FWHM – Full Width Half Maximum
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CARACTERISTICAS DOS DETECTORES
Eficiência de detecção: está associada ao tipo de energia da radiação eindica a probabilidade do detector registar um evento.
Tempo morto: é o tempo mínimo, t, necessário para que o detector ouelectrónica associada consiga processar um ou mais eventos e que sejapossível distingui-los.
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TIPOS DE DETECTORES
• Dosimetros individuais
• Detectores Gasosos
• Detectores de Neutrões
• Detectores de Cintilação
• Detectores de Semicondutores
• Espectrómetros Gama
• Portais de Radiação Fixos, RPM’s
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DOSIMETROS INDIVIDUAISDE LEITURA INDIRECTA
FILMES FOTOGRÁFICOS: enegrecem proporcionalmente à quantidade de radiaçãorecebida.
DOSIMETROS TERMOLUMINESCENTES (TLD): absorvem a energia das radiaçõesionizantes incidentes, tendo habitualmente como base o LiF (cristal de Fluoreto deLítio).
Durante o processo de leitura o cristal é aquecido e a energia retida é emitida naforma de luz. A quantidade de luz emitida é proporcional à dose de radiaçãorecebida.
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DOSIMETROS INDIVIDUAISDE LEITURA DIRECTA
DOSIMETROS INDIVIDUAIS ELECTRÓNICOS (EPD)
• São pequenos detectores de cintilação (emitem luz quando irradiados), tendohabitualmente como base o Silício;
• Medem a dose acumulada e o débito de dose instantâneo;
• Tem, normalmente, alarmes pré-definidos.
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DETECTORES GASOSOS
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
Radiação incide no volume detector (gás inerte) → Ionização do gás →Deriva das cargas para os eléctrodos devido ao campo eléctrico →Recolha de sinal eléctrico.
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DETECTORES GASOSOS
Os diferentes tipos de detectores gasosos distinguem-se entre si de acordocom o campo eléctrico aplicado (ou diferença de potencial) aplicada ao gás.
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CÂMARA DE IONIZAÇÃO
• Operam no modo corrente.
• Final da zona de recombinacão, todos os pares de iões são colectados.Ocorre a producão de pulsos independentes da tensão aplicada, masproporcional a energia da radiacão incidente.
• São menos sensiveis que os restantes detectores.
• Permitem uma estimativa maisexacta da dose ou débito de dose.
• Somente sensivel a radiacão ɣ.
• Ideais para medir débitos de dose.
• Não são usadas para detectarcontaminacões.
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CÂMARA DE IONIZAÇÃO
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CONTADORES PROPORCIONAIS
• Operam no modo pulso.
• Baseiam-se no fenómeno de avalanche (Townsend): os electrõesacelerados produzem ionizações secundárias amplificando a cargagerada pela particula incidente.
• O sinal gerado é proporcional à ionizacão e portanto, à energia daparticula.
• Utilizado essencialmente para detecção de particulas α e β, podendo noentanto ser usados na detecção da actividade dos neutrões e nadetecção de raios-x de baixa energia.
• Usados para detectar contaminacões.
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CONTADORES PROPORCIONAIS
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CONTADORES GEIGER-MULLER (GM)
• Operam no modo pulso.
• Tal como os contadores proporcionais, baseiam-se no fenomeno deavalanche.
• Tensão de funcionamento muito elevada, até um valor de saturacãodo dispositivo, provocando a descarga total do gás, produzindo porisso mais eventos.
• Todos os pulsos apresentam a mesma amplitude (na ordem de volts).
• Muito sensivel, leve e fácil de utilizar.
• Disponivel em quase todas as formas e tamanhos.
• Sensivel a α, β, ɣ e X .
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CONTADORES GEIGER-MULLER (GM)
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DETECTORES GEIGER-MULLER (GM)
• Monitorização de área.
• Monitorização de bancada.
• Monitorização individual.
• Não recomendados para elevadosdébitos de dose.
• Ideais para a detecção decontaminação.
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DETECTORES DE NEUTRÕES
• Os neutrões não tem carga eléctrica.
• O material (moderador/atenuador) com o qual o neutrão interage,produz uma partícula carregada e fotões.
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DETECTORES DE CINTILAÇÃO
• Utilizam a propriedade de certos materiais emitirem luz quandoatingidos por radiação. Esta luz (fotões) é convertida então em sinaiseletricos e depois medida.
• Um detector de cintilação é constituído essencialmente por umcintilador, uma superfície fotocatódica, um fotomultiplicador (PMT –PhotoMultiplier Tube) e a componente electrónica.
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DETECTORES DE CINTILAÇÃO
Cristais inorgânicos: NaI, CsI, LiI, usados essencialmente na detecção deradiação gama:
• Cristais dopados com impureza activadora.
• A radiacão provoca a ionizacão do cristal (criacão de pares electrão-lacuna).
• As transicoes entre as bandas de energia dão origem a fotões.
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DETECTORES DE CINTILAÇÃO
Cristais orgânicos: a luz de cintilação provém de mecanismos moleculares(excitação de níveis moleculares). Podem ser:
Plásticos:
Os plásticos são soluções num solvente sólido como o poliviniltolueno,poliphenilbenzeno, polistireno.
Usados para detecção de alfa, beta, gama e neutrões.
Líquidos:
Os cintiladores líquidos são na verdade soluções onde um ou maiscintiladores orgânicos são dissolvidos num solvente. Soluções desubstâncias como PDB (C20H14N2O), p-Terphenil (C18H14), etc.
Usados na detecção de partículas beta e gamas de baixa actividade.
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DETECTORES DE CINTILAÇÃO
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DETECTORES SEMICONDUTORES
• Semicondutores, tal como os cintiladores inorgânicos, funcionam apartir do princípio de excitação dos electrões, que passam das bandas devalência para as bandas de condução, permitindo assim que a colectadestes electrões seja detectada/medida.
• O que os distingue doscintiladores, é que largura dabanda proibida entre bandasde energia (banda devalência e de condução) ospode caraterizar comoisolantes (5 eV) ou comosemicondutores (cerca de 1eV).
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DETECTORES SEMICONDUTORES
• Como nos detectores semicondutores o pulso de saida dependedirectamente da quantidade de pares electrão-lacuna produzidos, odetector semicondutor fornece um pulso proporcional à energia do fotãoincidente permitindo identificar o fotão emissor, logo uma melhorresolução em energia.
• Detectores de Germânio muito puros(HPGe) funcionam necessariamente abaixas temperaturas a fim de se limitar acorrente de fuga até o ponto em que oruido associado não prejudique a suaresolucão em energia.
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APARELHOS DE MONITORIZAÇÃO
MONITORES DE CONTAMINAÇÃO (CONTADORES DE EVENTOS)
Contadores Geiger-Müller
Cintiladores
MONITORES DE RADIAÇÃO (TAXAS DE DOSE)
Câmaras de Ionização
Detectores Geiger-Müller
Cintiladores
ESPECTROMETROS GAMA (RADIONUCLIDOS E ACTIVIDADE)
Cintiladores
Semicondutores
PORTAIS DE RADIAÇÃO FIXOS, RPM’s
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MONITORES DE CONTAMINAÇÃO (CONTADORES DE EVENTOS)
GEIGER-MULLER CINTILADORES
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MONITORES DE RADIAÇÃO (TAXAS DE DOSE)
GEIGER-MULLER CÂMARAS DE IONIZAÇÃO
PROPOCIONAIS CINTILADORES
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ESPECTROMETROS GAMA - NaI
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ESPECTROMETROS GAMA - HPGe
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ESPECTROMETROS GAMA
Ideais para a medição de baixas actividades.
Identificação dos radionuclidos emissores.
Somente para emissores ɣ.
Tipos mais comuns de detectores:
Iodeto de Sódio (NaI): Boa resolução, muito boa eficiência dedetecção.
Germânio de Elevada Pureza (HPGe)
Execelente resolução, boa eficiência.
Necessita de arrefecimento (N2 ou criostato).
Outros: LaBr3, CZT, CdTe, CeBr3.
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ESPECTRO DE Co-60
NaI(Tl)
HPGe
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PÓRTICOS PARA DETECÇÃO DE RADIAÇÃO, RPM
Medem continuamente a radiação de fundo (neutrões e gamas).
Limiar de alarme é ajustado para manter taxa de alarmes baixa.
Quando um veiculo/carga/passageiro passa pelo monitor, o limiar dealarme é fixo e é comparado com a taxa de contagem provocada peloveiculo/carga/passageiro.
Tem 2 detectores de radiaçãogama (e também neutrões).
Podem ter 2 detectores deneutrões.
Sensores de ocupação evelocidade.
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PÓRTICOS PARA DETECÇÃO DE RADIAÇÃO, RPM
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OUTROS EQUIPAMENTOS
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CALIBRAÇÃO E TESTE DE EQUIPAMENTOS
Como sabemos, os detectores de radiação são um instrumento importante emProtecção Radiológica, sendo assim, a certeza nas medidas, a verificação dofuncionamento do sistema de detecção, são actividades obrigatórias para outilizador dos equipamentos.
A periodicidade relativa ao controlo metrológico dos instrumentos de mediçãode radiações ionizantes está descrita na Portaria nº 1106/2009 do Diário daRepública nº 186 (I Série-B) de 24 de Setembro de 2009.
Certificado de calibração:
• marca, tipo e modelo do aparelho calibrado;• número de série;• escalas calibradas;• tipos das fontes de radiação utilizadas na calibração, e sua rastreabilidade com
padrão nacional;• data da calibração;• resultados das leituras obtidas e os factores de calibração;• responsável pela calibração.
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CALIBRAÇÃO E TESTE DE EQUIPAMENTOS
ANTES DE USAR UM EQUIPAMENTO…..
Verificar se e o detector adequado ao que se quer medir.
Verificar se esta calibrado.
Verificar as baterias/carga.
Verificar a resposta com uma fonte conhecida.
Documentar!
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MEDIDAS DE CONTAMINAÇÃO (CPS)
Verificação do equipamento.
Determinar os valores do fundo radioactivo natural.
Ajustar a escala ao fundo.
Manter o detector a menos de 1 cm da superfície mas sem lhe tocar.
Mover o detector lentamente (5 cm/s).
Registar:
Instrumento e n.º serie
Pessoa que efectua as medidas
Data e hora
Locais de medida
leituras
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MEDIDAS DE TAXA DE DOSE (µSv/h)
Verificação do equipamento.
Determinar os valores do fundo radioactivo natural.
Começar nas escalas mais baixas.
Registar:
Instrumento e n.º serie
Pessoa que efectua as medidas
Data e hora
Locais de medida
leituras
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TÉCNICAS DE MONITORIZAÇÃO
Manter o equipamento a frente do corpo (+/- à distancia de 1 braço).
Garantir que o equipamento esta ligado e na gama de débitos de dosede fundo (ou mais sensível) antes de entrar nas áreas a monitorizar.
Mover o equipamento lentamente para ter uma resposta correcta.Alguns equipamentos demoram segundos a responder.
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TÉCNICAS DE MONITORIZAÇÃO
Fazer a monitorização em cruz nos pontos“quentes”.
Monitorizar as zonas de acesso/aproximacão.Estas serão as saídas em caso de seremdetectados débitos de dose elevados.
Observar e/ou ouvir continuamente a respostado equipamento.
Fazer uma monitorização sistemática utilizando atécnica de monitorização em cruz até a fonte deradiação ser encontrada. Atenção que a emissãodo feixe de radiação pode ser colimada.
Garantir que o corpo não esta exposto ao feixede radiação, se possível.
Utilizar blindagem se possível e necessário.
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TÉCNICAS DE MONITORIZAÇÃO - RESUMO
Verificação previa do equipamento.
Ligar o equipamento antes de entrar na zona a monitorizar e na escalamais sensível (baixa).
Usar a técnica de monitorização em cruz.
Observar/ouvir continuamente a resposta do equipamento.
Dar tempo ao equipamento para responder.
Como boa prática, não entrar em zonas com débitos de dose acima de25 μSv/h e chamar de imediato ajuda especializada.
Limites de dose: DL 222/2008 , Artigo 4.º 1: O limite de dose efectiva para os trabalhadores expostos é fixado em 100 mSv por um período de cinco anos consecutivos, na condição de esse valor não ultrapassar uma dose efectiva
máxima de 50 mSv em cada ano.
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Muito obrigado pela vossa atenção.